Каковы преимущества использования миоэлектрической руки по сравнению с традиционной протезной рукой?

Интуитивное, высокоточное управление с помощью мышечных сигналов

Миоэлектрические протезы работают, улавливая крошечные электрические сигналы, поступающие от оставшихся мышц после ампутации. Мы называем этот процесс электромиографией, или сокращённо ЭМГ. Когда человек пытается пошевелить своей утраченной рукой, например, разжать или сжать кисть, эти устройства фактически распознают нейромышечную активность, происходящую внутри тела. Затем они преобразуют намерение человека в реальное движение самого протеза. Сенсоры размещаются непосредственно в гнезде, где устройство крепится к руке. Эти небольшие устройства улавливают сокращения мышц, но им также необходимо игнорировать различные фоновые помехи. Одновременно они усиливают биологические сигналы, чтобы система могла правильно понять, чего пользователь хочет добиться с помощью протеза.

Как детектирование ЭМГ позволяет распознавать естественные движения

Системы ЭМГ используют массивы электродов, которые улавливают уникальные способы активации мышц при различных движениях кисти. Представьте, что человек думает о том, чтобы взять кофейную кружку. Датчики фактически фиксируют эти крошечные сокращения мышц предплечья и передают информацию в обрабатывающие устройства. Перед тем как перейти к основному этапу анализа, эти исходные сигналы необходимо очистить от фоновых помех и усилить, чтобы они были достаточно сильными для обработки. Затем следует наиболее сложная часть — программное обеспечение сопоставляет очищенные сигналы с известными образцами различных хватов, таких как щипковый захват, полный захват или вращательные движения. Современные передовые системы ЭМГ могут распознавать намерение человека использовать кисть примерно в 95 % случаев благодаря анализу распространения сигналов по нескольким точкам. Это позволяет людям плавно переключаться между различными действиями кисти, не требуя постоянной ручной настройки параметров.

Распознавание образов в реальном времени и адаптивное обучение в современных миоэлектрических протезах кисти

Современные процессоры оснащены сверточными нейронными сетями (CNN), которые постоянно совершенствуют интерпретацию жестов путем анализа потоковых данных ЭМГ. Системы фиксируют незначительные изменения в моменте и силе активации мышц, обеспечивая адаптивную реакцию в реальном времени. Рассмотрим ситуацию, когда хват ослабевает после продолжительного использования устройства — это часто происходит при усталости. Система автоматически корректирует выходную мощность двигателя, чтобы производительность оставалась стабильной на протяжении всего времени. Исследования показывают, что такие адаптации сокращают ненужные движения примерно на 29 процентов и обеспечивают более равномерное приложение усилий — фактически на 22% лучше. Всё это означает меньшее умственное напряжение при выполнении повседневных действий изо дня в день.

Повышенный комфорт и снижение утомляемости пользователя

Устранение ремней и механических тросов: переход к беспроблемному приводу

Традиционные протезы, приводимые в движение телом, работают за счёт наплечных ремней, соединённых тросами, которые натягиваются при движениях корпуса и управляют кистью руки. Эти механические соединения создают болезненные точки давления по всему плечевому поясу и рукам, из-за чего человек вынужден компенсировать недостаток функций лишними движениями, чтобы выполнить базовые действия. Эта компенсация приводит к натиранию кожи, хроническим болям и ограничению подвижности со временем. Моеэлектрические кисти решают эту проблему совершенно иначе. Они используют небольшие датчики, размещённые на коже, для улавливания электрических сигналов от оставшихся мышц предплечья. Эти сигналы затем преобразуются в реальные движения кисти без необходимости тянуть или давить. Устранение назойливых тросов и систем ремней сокращает нагрузку на мышцы примерно на две трети, согласно исследованию, опубликованному в прошлом году в журнале Journal of Rehabilitation Research & Development. Люди, перешедшие на эти новые модели, обнаруживают, что могут выполнять действия намного легче — например, брать хрупкие предметы, не раздавливая их, или удобно печатать долгое время. Больше не нужно возиться с раздражающими регулировками блоков или неудобными позами, вызывающими боль спустя некоторое время.

Сниженная метаболическая потребность — особенно важно для педиатрических пациентов и активных взрослых пользователей

Использование протезов, работающих за счёт энергии тела, оказывает серьёзное воздействие на организм. Согласно исследованиям, опубликованным в журнале Clinical Biomechanics в прошлом году, люди, применяющие такие системы, тратят на 30–50 % больше калорий при выполнении повседневных дел, например, покупке продуктов. Дополнительная энергетическая нагрузка особенно ощутима для детей, поскольку растущему организму требуются эти калории для развития. Активные взрослые также испытывают трудности при выполнении задач, требующих выносливости, из-за возросшей нагрузки. Микроэлектрические устройства помогают снизить эту проблему благодаря своей системе движения от батареи. У детей, использующих эти современные модели, расход кислорода при ходьбе составляет примерно на 40 % меньше по сравнению с традиционными протезами. Взрослые отмечают, что могут дольше работать, не чувствуя усталости. Улучшение обмена веществ означает, что всё больше людей готовы использовать протезы. Молодые пользователи снова могут играть в игры и участвовать в школьной жизни, а взрослые могут наслаждаться приключенческими активностями на свежем воздухе с помощью специальных насадок для езды на велосипеде или пеших прогулок.

Повышенная функциональная независимость благодаря программируемому хвату и силе

Режимы многофункционального хвата и адаптивное управление усилием для повседневных задач

Миоэлектрические кисти с расширенными функциями оснащены различными настройками хвата, такими как точечный, трехшарнирный и силовой хват, которые автоматически подстраиваются в зависимости от того, что человеку нужно делать в течение дня. Система использует встроенные датчики, чтобы определить происходящее. Что касается манипулирования предметами, эти протезы обладают адаптивным контролем усилия, что означает способность изменять силу захвата в зависимости от удерживаемого объекта. Представьте, как берутся хрупкие предметы, например яйца, по сравнению с поднятием более тяжелых вещей, таких как сумки с продуктами из багажника автомобиля, без необходимости постоянно вручную корректировать настройки. Эти устройства также включают двигатели с чувствительностью к давлению, которые предотвращают случайное падение предметов или их раздавливание, упрощая жизнь людям, которым необходимо сосредоточиться на других аспектах своих задач, а не беспокоиться о силе хвата всё время. Основой всей этой функциональности является технология бесщеточных двигателей постоянного тока, обеспечивающая стабильную и плавную работу большую часть времени. Усилие хвата измеряется с точностью до долей ньютона, что обеспечивает высокий уровень контроля над безопасностью и отзывчивостью кисти при взаимодействии с объектами в повседневных ситуациях.

Удаленная настройка и совместимость с целевой мышечной иннервацией (TMR)

С появлением мобильных приложений люди теперь могут в реальном времени регулировать параметры хвата — такие как контроль скорости, усилие сжатия и активацию различных режимов — не посещая клинику. Ещё больше это решение усиливается благодаря технологии, называемой целевая мышечная иннервация (TMR). Эта операция перенаправляет нервы ампутированной конечности, чтобы они могли посылать четкие сигналы в определённые участки тела. Результат? Современные протезы достаточно хорошо распознают эти мышечные сигналы, позволяя, например, одновременно поворачивать запястье и двигать пальцами. А для людей, потерявших руку выше плеча, такое сочетание открывает совершенно новые возможности. Они получают управление, которое ощущается почти как естественный рефлекс, пропорционально реагирующее так же, как двигалась бы настоящая рука.